JP2002113327A - 排ガス処理脱塩剤の供給量制御方法 - Google Patents
排ガス処理脱塩剤の供給量制御方法Info
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Abstract
剤供給量の制御応答を速くし、処理後排ガス中のHCl
濃度を低レベルに安定化させる。 【解決手段】 本発明の脱塩剤供給制御方式は〔P+P
ID〕制御による。即ち、バグフィルタ30、HCl分析
計31、調節計32、33、加算器34、脱塩剤制御装置35等か
ら構成する。処理後排ガス37のHCl濃度PVと、任意
の設定値SV1とからPID操作で演算した操作信号M
V1、及び任意の設定値SV2とからP操作で演算した操
作信号MV2を加算し、この制御出力(MV1+MV2)に
基づき脱塩剤供給装置35から所定量の脱塩剤を処理前排
ガス36に供給する。脱塩剤は微粉重曹等の高反応脱塩剤
が好ましい。本発明によれば、高反応脱塩剤の適正供
給、特に増方向の制御応答を速くし処理後排ガス中のH
Cl濃度も低位に安定する。
Description
脱塩処理方法に係り、特に、ごみなどの廃棄物を焼却炉
等で焼却したときに生成する排ガスの脱塩装置に好適
な、脱塩剤の供給量の制御に関する。
ガス、特に廃棄物を処理する際に発生する塩化水素ガス
を多量に含む排ガスを対象とする。また、廃棄物は、家
庭やオフィスなどから出される都市ごみなどの一般廃棄
物、廃プラスチック、カーシュレッダー・ダスト、廃オ
フィス機器、電子機器、化成品等の産業廃棄物など、可
燃物を含むものである。
脱塩装置では、脱塩剤を吹き込み濾布表面に粉体層を形
成させ、塩化水素、硫黄酸化物等の有害ガスと中和反応
させることにより、酸性有害ガスを除去していた。脱塩
剤としては、反応性の低い消石灰が用いられ、保証値を
満足させるためには、常に過剰に脱塩剤を投入する必要
があった。
に投入しているため、PID制御、すなわち、単純な比
例操作(P操作)に積分操作(I操作)とさらに微分操
作(D操作)を加えた制御方式により、安定した出口H
Cl濃度が得られた。また、発生する残渣は埋立処分が
必要であり、最終処分場の逼迫が社会問題になってい
る。
る例としては、廃棄物処理装置の燃焼炉から排出される
排ガスを処理するものが知られている(たとえば、特開
平1−49816号公報(特公平6−56253号)参
照)。
う大きな社会問題を背景に埋立処分する残渣の発生量抑
制が緊急の課題となっており、最近の動向としては、脱
塩剤として、高反応で反応速度の速い微粉重曹や高反応
消石灰などの高反応脱塩剤を用いるケースが多くなって
きた。
るため、当量比の変動によって出口HCl濃度の変動が
大きく現われる。通常のPID制御による投入量制御で
は、この出口HCl濃度の変動、特にHCl濃度が急上
昇する変動を抑え、常時、低濃度レベルで安定した制御
は困難である。
性ガスの濃度は、その処理する廃棄物の性質や、焼却炉
の運転状況により変化しており、その変化に対応するた
め、脱塩装置(以下、バグフィルタともいう)に吹き込
む脱塩剤を常に過剰に供給して運転を行っているのが実
情であり、不経済であった。
したときに生成する塩化水素ガスを含む焼却排ガスの脱
塩装置において、前記の高反応脱塩剤を用いて脱塩処理
する場合、脱塩剤供給量の制御応答を速くし、脱塩装置
出口の排ガス中の塩化水素濃度を低レベルに安定化さ
せ、また、脱塩剤の過剰供給量を適正化してランニング
コストを低減させることである。
に、本発明者らは、塩化水素ガスを多量に含む廃棄物な
どの焼却排ガスの脱塩剤の供給処理に、PID制御(単
純な比例操作(P操作)を基本とし、その欠点であるオ
フセットを消すために、積分操作(I操作)を加え、さ
らにPI操作に共通な調整遅れを修正するために微分操
作(D操作)を加えた制御方式。)に、さらにP制御を
組み合わせる方式を創案した。
ム)や高反応消石灰などの高反応脱塩剤を使用し、バグ
フィルタ出口のHCl濃度に基づいて、PID制御によ
り脱塩剤供給量を増減させて、バグフィルタ出口HCl
濃度を任意の設定値に制御するとともに、別の任意の設
定値を設定し、その設定値を超えたときにP制御を採用
して脱塩剤供給量を急増させることにより、バグフィル
タ出口HCl濃度の上昇を速やかに抑制し、安定したフ
ィードバック制御が実施できることを知見した。
入口塩化水素濃度と排ガス流量とを用いたFF制御(フ
ィードフォワード制御)により、脱塩剤の供給量を増減
させ、任意の設定値に制御するようにした。バグフィル
タ入口塩化水素濃度と排ガス流量の変化に合わせて脱塩
剤供給量を増減させることにより、制御の応答性を向上
させることができる。
面を参照して説明する。図1は、ごみ焼却炉や廃棄物燃
焼溶融炉から排出される、塩化水素ガスを多量に含む廃
棄物焼却排ガスの乾式脱塩処理に、〔P+PID〕制御
によって脱塩剤を供給する方式の一例を示す構成図であ
る。
て、バグフィルタ30、HCl分析計31、調節計3
2、33、加算器34、脱塩剤制御装置35などから構
成される。
塩処理する乾式脱塩装置である。HCl分析計31は、
バグフィルタ30で脱塩処理した処理後排ガス37をサ
ンプリングして塩化水素(HCl)濃度を分析する。
任意の設定値SV1に基づいて、PID制御による操作
信号MV1を演算して出力する。調節計33は、同様に
HCl濃度PVと任意の設定値SV2に基づいて、P制
御による操作信号MV2を演算して出力する。なお、P
制御の設定値SV2は、PID制御の設定値SV1より高
く設定するものとする。
算器34で加算され、制御出力(MV1+MV2)として
脱塩剤供給装置35に出力される。このとき、操作信号
MV2が負の場合はMV2をゼロとする。
+MV2)に基づいて、所定量の脱塩剤をバグフィルタ
入口側の処理前排ガス36に供給する。脱塩剤として
は、微粉重曹、高反応消石灰などの高反応脱塩剤が好ま
しい。
いて説明する。Na系脱塩剤としては、微粉重曹(Na
HCO3)が好ましい。また、Ca系脱塩剤としては、
粉体表面に細孔を形成した高反応な消石灰(Ca(OH)
2)がある。本発明は乾式の脱塩処理であるため、脱塩
剤粉末の粒径は20μm以下が好ましい。
脱塩剤供給量の別の制御方式であるフィードフォワード
(FF)制御方式を採用した例について説明する。本例
は、バグフィルタ入口HCl濃度と排ガス流量とに基づ
いて、FF制御方式により、供給脱塩剤流量を増減させ
て、バグフィルタ出口HCl濃度を任意の設定値に制御
するものである。
入口側の処理前排ガスのHCl濃度をHCl分析計41
で分析し、バグフィルタ40出口側の処理後排ガスの流
量を流量計42で検出する。 バグフィルタ入口側HCl濃度と、バグフィルタ出
口側排ガス流量とをFF調節計43に入力し、脱塩剤供
給量の適正値を演算する。 この演算した指令値(MV値)に基づいて、脱塩剤
供給装置44から脱塩剤をバグフィルタ入口側の処理前
排ガスに供給する。
濃度と排ガス流量の変化に合わせて脱塩剤の供給量を増
減させるので、応答性が向上し、脱塩剤の効率的な供給
制御ができる。本例においても、脱塩剤は、微粉重曹等
の高反応脱塩剤を用いることが好ましい。
方式と、図2で説明したFF制御方式とを組み合わせて
実施すると、さらにきめの細かい、安定した制御が可能
になる。
焼却排ガスの処理系について説明する。図3は、本発明
に係る廃棄物処理システムの一実施形態を説明する系統
図である。
ば150mm角以下に破砕された都市ごみなどの廃棄物
Aは、スクリューフィーダなどの供給手段により熱分解
反応器2に供給される。
ドラムが用いられ、図示しないシール機構によりその内
部は低酸素雰囲気に保持されると共に、下流の燃焼溶融
炉6の後流側に配置される熱交換器8により加熱される
加熱空気がラインL1から供給される。
される廃棄物Aは、300〜600℃に、通常は450
℃程度に加熱される。これによって、この廃棄物Aは熱
分解され、熱分解ガスG1と、主として不揮発性の熱分
解残留物Bとを生成する。
熱分解ガスG1と熱分解残留物Bとは図示していない排
出装置により分離され、熱分解ガスG1は、熱分解ガス
配管であるラインL2を経て燃焼溶融炉6のバーナに供
給される。
て種々異なるが、日本国内の都市ごみの場合、本発明者
等の知見によれば、 大部分が比較的細粒の可燃分 10〜60% 比較的細粒の灰分 5〜40% 粗粒金属成分 7〜50% 粗粒瓦礫、陶器、コンクリート等 10〜60% より構成されていることが判明した。
は、450℃程度の比較的高温で排出されるため、図示
していない冷却装置により80℃程度に冷却され、分離
手段としての分別装置4に導かれ、ここで燃焼性成分で
ある熱分解カーボンCと不燃焼性成分である有価物D1
とガレキD2に分離される。分別装置4は、例えば、振
動篩い、磁選機、アルミ選別機などの公知の分別機器が
使用される。
た熱分解カーボンCは、ロール式、チューブミル式、ロ
ッドミル式、ボールミル式などの粉砕機5で粉砕され、
燃焼溶融炉6に供給される。粉砕機5は、廃棄物の種
類、性状により適宜選択されるが、この粉砕機5におい
て熱分解カーボンCとガレキD2は、好ましくは全て1
mm以下に粉砕され、ラインL3を経て燃焼溶融炉6の
バーナに供給される。
れる燃焼用空気および熱分解ガスG1と熱分解カーボン
Cとは、燃焼溶融炉6で1300℃程度の高温域で燃焼
され、この燃焼により熱分解カーボンCとガレキD2の
比較的細粒の灰分より発生する燃焼灰は溶融され溶融ス
ラグEを生成する。
出口から図示していない水槽に落下させ水砕スラグとさ
れる。水砕スラグは図示していない装置により所定の形
状にブロック化されるかまたは粒状に形成され、建材ま
たは舗装材などとして再利用される。
した焼却排ガスG2は、熱交換器8で熱回収されて排ガ
スG3となり廃熱ボイラ10に供給され熱回収されて排
ガスG4となり、さらに減温塔12に送られ温度が下げ
られる。減温塔12で温度が下げられた排ガスG5は、
第1バグフィルタ14に送られて、ダストF1を濾過す
る。
は、150〜200℃が好ましい。150℃未満だと結
露等による装置腐食の問題が生じ、200℃を超えると
排ガス中のダイオキシン類の除去率が悪くなるという問
題がある。
グフィルタ14では、それぞれダストF2、F3、F1
が回収され、分別設備4で分離される熱分解カーボンC
およびガレキD2の粉砕物とともに、ラインL4、L3
を介して燃焼溶融炉6のバーナに戻され、燃焼溶融炉6
内で燃焼・溶融してスラグ化される。
去された排ガスに、脱塩剤Hを加えて、第2バグフィル
タ16によって排ガス中の塩化水素を脱塩残渣Jとして
除去する。
グフィルタ16の入口側に投入する脱塩剤に高反応脱塩
剤を使用し、その供給量を、図1で説明した〔P+PI
D〕制御方式で実施するようにした。
ガス中のHCl濃度を分析計31で分析し、調節計3
2、33で〔P+PID〕操作した制御出力により、脱
塩剤供給装置35から微粉重曹などの高反応脱塩剤を第
2バグフィルタ入口側の焼却排ガスに供給するようにし
た。
適正で効率的な供給が可能となり、ランニングコストが
低減した。また、高反応脱塩剤を使用しても、脱塩剤供
給量の制御応答、特に、増方向の制御応答が速いため、
第2バグフィルタ出口のHCl濃度を、常に低いレベル
で安定して維持できた。
御の動作例を示す図である。通常はバグフィルタの出口
HCl濃度(PV)とPID制御の設定値SV1とを比
較して、PID制御のみで脱塩剤供給量を調整し、前記
出口HCl濃度が設定値SV1になるように制御が行な
われているが、前記出口HCl濃度がP制御の設定値S
V2を超えると、P制御の制御出力を急増し、脱塩剤供
給量を急激に増やして出口HCl濃度を速やかに下げる
様子を示している。
ID〕制御の一実施例を示す図である。上図(a)にバ
グフィルタ入口HCl濃度と脱塩剤当量比、下図(b)
にバグフィルタ出口HCl濃度と制御出力を示す。
用し、二つの調節計のそれぞれの設定値を、SV1=5p
pm(PID制御)、SV2=15ppm(P制御)に設定し
て、〔P+PID〕制御を実施している。
D制御の設定値SV1=5ppmになるように、PID制御
のみによって脱塩剤供給量が制御されているが、出口H
Cl濃度がP制御の設定値SV2=15ppmを超えたとき
にP制御が作動し、制御出力を急増して出口HCl濃度
を速やかに5ppmまで下げていることがわかる。その結
果、脱塩剤供給量はほぼ1当量で確実に制御されてい
る。
ID〕制御の他の実施例を示す図である。上図(a)に
バグフィルタ入口HCl濃度と脱塩剤当量比、下図
(b)にバグフィルタ出口HCl濃度と制御出力を示
す。
る。二つの調節計のそれぞれの設定値は、SV1=2ppm
(PID制御)、SV2=3ppm(P制御)に設定して、
〔P+PID〕制御を実施している。本例は、二つの調
節計のそれぞれの設定値を2ppmと3ppmの非常に低い値
に設定し、かつ、二つの調節計のそれぞれの設定値の差
を1ppmと極端に小さくした場合であるが、出口HCl
濃度(PV値)が、PIDの設定値SV1=2ppm以下に
なると、PID制御のみによって制御出力MV1を下
げ、脱塩剤供給量を減らして余剰な脱塩剤をなくすよう
に制御が行なわれている。
濃度がP制御の設定値SV2=3ppmを超えると、P制御
の制御出力MV2を急増して脱塩剤供給量を瞬時に増加
し、出口HCl濃度を速やかに低下させている。このよ
うなP制御の作動による制御出力の急増が頻繁に行なわ
れており、その結果、出口HCl濃度は瞬時にも10pp
mを超えることなく、非常に低い濃度に制御が行なわれ
ている。
の脱塩剤に消石灰を使用し、PID制御のみにより投入
量制御を行った場合の例である。上図(a)にバグフィ
ルタ入口HCl濃度と脱塩剤当量比、下図(b)にバグ
フィルタ出口HCl濃度と制御出力を示す。
も遅いため、PID制御のみで出口HCl濃度の安定制
御は可能であるが、当量比が2当量付近での運転であ
り、脱塩剤を過剰投入していることがわかる。
除去率を示している。高反応で反応速度の速い微粉重曹
は、1当量で約90%と非常に高い除去率であるが、少
しの当量比の変化で、HCl除去率は大きく変化する。
高反応消石灰もほぼ同様で、ほぼ1当量で70%の除去
率を示している。一方、通常のJIS特号消石灰は、7
0〜80%を除去するのに、1.5〜2当量を必要とし
ており、当量比の変化によるHCl除去率の変化もゆる
やかである。
を燃焼して生じる焼却排ガスに、高反応な脱塩剤を用い
て脱塩処理する場合において、〔P+PID〕制御方式
を採用することにより、過剰な脱塩剤供給量を低減して
供給量を適切化し、ランニングコストを下げるととも
に、脱塩剤供給量を瞬時に急増して脱塩装置出口の塩化
水素ガス濃度を速やかに下げ、脱塩装置出口の塩化水素
ガス濃度を常時10ppm以下の低い濃度まで下げて安定
して維持することができる。
ガス流量とを用いたFF制御により、バグフィルタ入口
塩化水素濃度と排ガス流量の変化に合わせて脱塩剤供給
量を増減させ、制御の応答性を向上させることができ
る。
御方式において、〔P+PID〕制御方式の一実施形態
を示す構成図である。
よる供給量制御方式を示す構成図である。
棄物処理システムの一実施形態を示す系統図である。
示す図である。
態を示す図である。
形態を示す図である。
Claims (4)
- 【請求項1】 廃棄物焼却排ガス脱塩装置の出口側排ガ
ス中の塩化水素濃度を検出し、前記塩化水素濃度が任意
の設定値になるように、P操作とPID操作とを組み合
わせたP+PID操作により、前記脱塩装置の入口側排
ガスに供給する脱塩剤供給量を演算し、前記演算値に基
づいて脱塩剤供給量を制御する排ガス処理脱塩剤の供給
量制御方法。 - 【請求項2】 廃棄物焼却排ガス脱塩手段の、出口側排
ガス中の塩化水素濃度を分析する分析手段と、入口側排
ガス中に脱塩剤を供給する脱塩剤供給手段とを備え、前
記出口側排ガス中の塩化水素濃度が任意の設定値になる
ように、P操作とPID操作とを組み合わせたP+PI
D操作により、脱塩剤供給量を演算して出力する調節手
段を有してなる排ガス処理脱塩剤の供給量制御装置。 - 【請求項3】 前記脱塩剤に、反応速度の速い微粉重曹
や高反応消石灰からなる高反応脱塩剤を用いてなる請求
項2に記載の排ガス処理脱塩剤の供給量制御装置。 - 【請求項4】 廃棄物を熱分解して熱分解ガスと主とし
て不揮発性成分からなる熱分解残留物とを生成する熱分
解反応器と、前記熱分解残留物のうちの燃焼性成分と前
記熱分解ガスとを燃焼して溶融スラグおよび排ガスを排
出する燃焼溶融炉と、前記排ガスに脱塩剤を供給して脱
塩処理する排ガス処理手段とを備え、前記排ガス処理手
段は、請求項2または3に記載の排ガス処理脱塩剤の供
給量制御装置を備えてなる廃棄物処理システム。
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